This work was sponsored by the Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science, U.S. Department of Energy, grant no. DE-FG02-12ER16352. S.T.H. thanks the National Science Foundation for financial support through the National Science Foundation Graduate Research Fellowship under Grant No. 1122374.

シリカカプセル化、モノまたはバイメタル金属酸化物ナノ粒子の合成1。 <ol><li>逆マイクロエマルジョンを準備<ol><li>クリーン、卒業オーブン乾燥シリンダーを使用して、オーブンで乾燥した磁気撹拌棒を含む底フラスコ（RBF）ラウンドクリーン、オーブン乾燥した1Lに無水n-ヘプタンの240ミリリットルを追加します。 </li><li>一定の攪拌下、n-ヘプタンにポリオキシエチレン（4）ラウリルエーテルの54ミリリットルを追加します。 注意：粘度が高いため、これ界面活性剤の低表面張力の、清潔で、乾燥した60ミリリットルの注射器は、正確なボリュームの代わりにメスシリンダーを取得するために使用されるべきです。 </li><li>ピペットを用いて、一定の攪拌下で、超純、脱イオン（DI）水の7.8ミリリットルを追加します。ゴム栓及びパラフィルムワックスでRBFをシール。 RMEは、少なくとも10分間混合してみましょう。 </li><li>それは加水分解時間を短縮することが望まれる場合にエマルジ ​​ョンに試薬グレードNH 4 OHの0.1〜0.5ミリリットルを加えます。 注：一部の金属アルコキシド前駆体水力中性pHでゆっくりlyze。 RMEは、NH 4 OHを添加した後に、少なくともさらに10分間混合してみましょう。代表的な例としては、NH 4 OHの0.5ミリリットルを追加するとチタン（IV）イソプロポキシドを含む合成することをお勧めします。 </li></ol></li><li>金属アルコキシド前駆体、アルコール、及びn-ヘプタン溶液を調製します<ol><li>シュレンクラインにクリーン、オーブンで乾燥させた250mlのRBFを接続し、窒素でフラッシュ。また、乾燥窒素グローブボックスの中にきれいな、オーブンで乾燥させた250mlのRBFを配置します。 </li><li>清潔で乾燥した注射器を用いてイソプロパノールでVタングステンイソプロ（WIPO）/ wの5％の12ミリリットルを追加します。この段階では、他の金属アルコキシドはまた、タンタル（V）イソプロポキシド（TaIPO）、モリブデン（V）イソプロポキシド（MoIPO）、ニオブ（V）イソプロポキシド（NbIPO）、チタン（IV）イソプロポキシド（TiIPO）として添加することができます、ニッケル（II）メトキシエトキシド（NiMEO）、コバルト（II）イソプロポキシド（CoIPO）、 等 注：金属アルコキシドは、商業的に購入またはアンヒドロを添加することによって合成することができます。他に記載されているようシュレンクラインを用いて、対応する金属塩化物塩に私達アルコール。（注意：HClガス金属塩化物のリリースからの金属アルコキシドの合成とよく換気ドラフト内で実行する必要があります）27 </li><li>クリーンオーブン乾燥したカニューレを使用して、金属アルコキシド溶液を含む250 mlのRBFに無水n-ヘプタン120mlのを転送します</li></ol></li><li>クリーン、オーブン乾燥カニューレを使用して、10分のスパンで一定の攪拌下に、RMEへの金属アルコキシド - アルコール-n-ヘプタンソリューションを転送します。 注意：このようなテルル（IV）イソプロポキシドのような水と激しく反応する金属アルコキシドの場合、追加の非常に遅い滴下速度が要求されます。最終溶液は関係なく使用される金属アルコキシド前駆体の光学的に透明であるべきであるが、使用される金属アルコキシドとその酸化状態に応じて、様々な色であってもよいです。私たちは、エマルジョンは、透明または半透明であるかどうかは粒子サイズに依存していることに注意してください色は金属の酸化状態に依存しています。 </li><li> 4時間後、溶液を滴下に試薬グレードの NH 4 OH 1.4ミリリットルを注入するために、きれいな乾いた注射器を使用しています。その後、別の清潔な、乾燥したシリンジを用いて、試薬グレードのテトラエチルオルトシリケート（TEOS）を滴下1.2ミリリットル注入します。 注：それは浸炭/窒化中にシリカの殻の高密度化につながり、最終的なナノ粒子の格子中のナトリウム不純物をもたらすことができるように水酸化ナトリウム（NaOH）を使用すべきではありません。一方、残留NH 4 OHを便利に熱処理中に分解する。 </li><li> 16.5時間後、ゴム栓を取り外し、一定の撹拌下で溶液にメタノール300mlを追加するために、きれいな乾いたメスシリンダーを使用しています。 </li><li>攪拌の10分後、撹拌棒を取り外し、溶液を解決することができます。 注意：ヘプタンに富む上相とメタノールに富む下相：存在する二つの液相があります。シリカカプセル化金属OSiO 2 / MO xとして指定xideナノ粒子は、下相からのフラスコの底に沈殿します。 </li><li> 1時間後、有機性廃棄物容器内に液相をデカントし、清浄な50 mlの遠心管中で固相のSiO 2 / MO xを集めます。 注：ポリプロピレンまたはポリスチレン遠心管が使用されている場合、残留ヘプタンをゆっくりとそれを伸長させ、遠心分離管を溶解するように、沈殿剤は、この状態で長期間保存することができません。さらに、残留NH 4 OHとTEOSは、SiO 2が望まれていたものを超えて成長し続けることがあります。 </li><li> 5分間遠心2056×gでのSiO 2 / MOのX相は、その後、有機廃棄物容器に上清をデカント。 </li><li>各50mlの遠心管にアセトン10〜30 mlを加え、振盪または超音波処理することによってアセトンに粉末を分散させます。これは、焼成前に、過剰な界面活性剤を除去するのに役立ちます。 </li><li> CentrifugE 10分間4626×gでのSiO 2 / MO xとアセトンの混合物にして、有機廃棄物容器に上清をデカント。 SiO 2 / MO Xのゲルは一晩乾燥することができます。 </li></ol>合成粉末の2熱処理注意書：水素、メタン、アンモニアガスは非常に引火性があります。アンモニアガスは毒性です。徹底したリークチェックは、すべての熱処理の前に行われるべきであり、治療法は、ガス出口のオイルバブラーを風通しの良いヒュームフード内に保持石英管状炉内で行われるべきです。すべてのガスシリンダーは、火炎アレスタを装備し、炉から離れて保管する必要があります。法律や規制制度で必要な場合、過剰のアンモニアガスを大量の水を通してバブリングされるべきであり、いずれかがベース廃棄物として廃棄又はHClを用いてpH 7塩化アンモニウム溶液を中和しました。 <ol><li> SiO 2 / MOののx powdeの焼成空気中のR <ol><li>ガラス撹拌棒や乳鉢と乳棒を用いて微粉末に乾燥させたSiO 2 / MO Xのゲルをつぶします。アルミナるつぼボートに粉末を入れ、石英管炉内にロードします。 </li><li> 2°C /分の加熱速度を用いて、1時間450℃で空気を100sccmの下のSiO 2 / MO Xの粉末を焼成。これは、任意の残留界面活性剤を除去し、また、シリカ殻の微孔性を向上させます。炉を冷却した後、周囲条件で仮焼のSiO 2 / MO Xの粉末とストアを削除します。 </li></ol></li><li>メタン/水素雰囲気中でのSiO 2 / MO Xの粉末の浸炭<ol><li>素焼きのアルミナるつぼボートに焼成されたSiO 2 / MO Xの粉末をロードし、石英管炉内に配置します。酸素を除去するために、少なくとも30分間、窒素を石英管炉を洗い流します。石鹸水ですべての関節を噴霧することにより、リークチェックを実行します。 </li><li>使い方2℃/分の加熱速度、水素の120 SCCM及びSiO 2 / MC xを形成するために4時間850℃でのメタンの33 SCCM下のSiO 2 / MO Xの粉末を浸炭。 </li><li> 4時間後、メタンの流れを停止し、余分な表面炭素を除去するために水素のちょうど120 SCCMで1時間850℃で粉末を保持します。 </li><li>炉はゆっくりと水素の120 SCCM下で室温まで冷却します。次に、水素を除去するために、少なくとも30分間窒素で炉をフラッシュします。 </li><li>ゆっくりと空気に触れる前に、炭化物を不動態化するために3時間粉末上に窒素の95 SCCMと空気の5 SCCMフロー。 </li><li>空気中の金属炭化物ナノ粒子の長期的なバルク酸化を防止するために、真空デシケーター中または乾燥窒素グローブボックス内の炉や店舗からのSiO 2 / MCのX粉末を削除します。 </li></ol></li><li>アンモニア雰囲気中でのSiO 2 / MO Xの粉末の窒化<ol><li>ロアDアルミナるつぼボートにのSiO 2 / MO Xの粉末を焼成し、石英管炉内に配置します。 </li><li>酸素を除去するために、少なくとも30分間、窒素を石英管炉を洗い流します。 </li><li> 2℃/分の加熱速度を用いて、SiO 2の/ MN xを形成するために4時間800℃でアンモニアの100sccmの下のSiO 2 / MO Xの粉末 nitridize。 </li><li>炉はゆっくりと室温まで冷却します。その後、アンモニアを除去するために、少なくとも30分間窒素で炉をフラッシュします。 </li><li>ゆっくりと空気に触れる前に、窒化物を不活性化するために3時間粉末上に窒素の95 SCCMと空気の5 SCCMフロー。 </li><li>空気中の金属窒化物ナノ粒子の長期的なバルク酸化を防止するために、真空デシケーター中または乾燥窒素グローブボックス内の炉や店舗からのSiO 2 / MNのX粉末を削除します。 </li></ol></li></ol> 3.シリカシェルの取り外しとナノのサポート粒子注意文：アンモニウム重フッ化（ABF）は非常に有毒です。それは唯一のブチルゴム手袋、フェイスシールド、およびHF耐性袖HF耐性labcoatを含む適切な個人保護具を使用して、よく換気ドラフト内で処理する必要があります。ガラスと金属ラボ機器はABFを扱うときに使用すべきではありません。 <ol><li> （例えば、WC および W 2 Nなど）は、酸安定な金属炭化物と窒化物のためのアンモニウム重フッ化中のシリカ溶解<ol><li> SiO 2 / MCのX又はSiO 2 / MN xの200 mgの秤量し、テフロン被覆磁気攪拌棒を備えた30ミリリットルのシール可能なポリプロピレン製容器に入れました。 </li><li>それは例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの高表面積の触媒担体上にナノ粒子を、サポートすることが望まれる場合、材料を秤量し、密封可能なポリプロピレン容器に加えます。 注意：秤量し、質量は目にナノ粒子の所望の負荷に依存しますEサポート。アルミナ等のABFで安定でない、触媒支持体は、シリカが除去された後に支持体を添加することができ、ABFが中和されます。サポートが追加されていない場合は、ナノ分散が得られます。 </li><li>超純脱イオン水20mlを加え、懸濁液を形成するために混合始めます。また、あらかじめ用意された20重量％ABF溶液20mlを加えます。 </li><li> ABFの5グラムを秤量した後、撹拌しながら混合物に加えます。追加された後は、ポリプロピレン製容器に密封します。 注意：水中でのABFの溶解は吸熱性であるので、溶液の温度が低下します。 </li><li>シリカおよび触媒担体上にナノ粒子の良好な分散の完全な溶解を確実にするために、6-7のpHにABF溶液を中和するために試薬グレードのNH 4 OHを滴下することにより16時間後に反応を停止させます。注意：この反応は発熱性です。 </li><li> 10分間2056×gで遠心チューブと遠心分離機に中和された混合物を空にします。 </li><li> supeを空にアルカリ性の廃棄物容器にrnatant（全中和量を確保するため）および超純脱イオン水20ml中の触媒粉末を再分散します。 </li><li> 10分間4626×gで遠心し、上清を捨て、そして最後に1 20ミリリットルのDI水リンスを行います。 12850 XGまでサポートされていないナノ粒子のために必要となる場合があります。 </li><li>真空下で粉末を乾燥した後、真空デシケーター又は金属炭化物または窒化物のナノ粒子の長期的なバルクの酸化を防止するために、乾燥窒素グローブボックスに保管。 </li></ol></li><li> （例えばtacとTa 3 N 5のような）アルカリ安定炭化物及び窒化物のための水酸化ナトリウム中のシリカ溶解<ol><li> SiO 2 / MCのX又はSiO 2 / MN xの200 mgの秤量し、磁気攪拌棒を備えた50mlのガラスRBFに入れます。秤量し、必要に応じて触媒担体を追加します。 </li><li>少なくとも0.1MのNaOH水溶液30ミリリットルを追加します。 RBFにコンデンサーを取り付け、ゴム栓およびパラフィルムワックスで密封。 </li><li> 16時間一定の攪拌下で60℃で加熱します。冷却後、10分間2056×gで解決策を遠心します。 </li><li>アルカリ性の廃棄物容器に上清を空にし、超純脱イオン水20ml中に触媒粉末を再分散します。 </li><li> 10分間4626×gで遠心し、上清を捨て、そして最後に1 20ミリリットルのDI水リンスを行います。 12850 XGまでサポートされていないナノ粒子のために必要となる場合があります。 </li><li>真空下で粉末を乾燥した後、真空デシケーター又は金属炭化物または窒化物のナノ粒子の長期的なバルクの酸化を防止するために、乾燥窒素グローブボックスに保管。 </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

調整可能なサイズと構造を持つ非焼結、金属終了遷移金属炭化物と窒化物ナノ粒子を合成するための手順は、ここに提示された方法で26の重要なステップは、次のとおりです。希釈された金属アルコキシド前駆体を含むように水分を含まないRBFを用いて、アルカリ金属を避けアセトンまたはイソプロパノールとは対照的に、過剰のメタノールでRMEを沈殿させるすべてのステップの間に...

前周期遷移金属の炭化物クロロシラン（TMCS）は、低コスト、高い熱的及び電気化学的安定性ならびに固有の触媒活性を示す地球豊富な材料である。具体的には1-3、炭化タングステン（WC）及び炭化モリブデン（MO 2 C）はこれにより、これらの有利な特性のために白金族金属（白金族金属）。4,5にその触媒の類似性のために広く研究され、のTMCは、バイオマス変換、燃料電池などの再生可能エネルギー技術を、新興に高価なPGM触媒を置換するための候補として同定されていますそして、電解槽。6,7 触媒活性を最大にするために、市販の触媒は、ほとんどの場合、カーボンブラック等の高表面積担体上に分散した超微粒子（直径&lt;10nmの）として処方される。8が、のTMCの合成〜700°Cよりも高い温度を必要とします。これはnanoparticの大規模な焼結につながりますレ（NPS）、過剰な表面炭素析出（コークス）、および熱分解サポート。両方の粒子の焼結と支持分解リード材料の表面積が減少します。示されている過剰な表面不純物堆積ブロック活性金属サイトは、大幅に減少させるかまたはいくつかの例では、完全ののTMC。9,10このような触媒活性を排除するために、TMCの反応性の基本的な研究は、主にバルク微粒子または薄いフィルム上で実行されます細かく制御面ではなく、高表面積TMCナノ材料に。 多くの方法は、TMCのNPを合成するために開発されてきたが、これらの方法は、触媒活性TMCのNPを合成するには適していません。従来の湿式含浸技術は、高表面積担体上に含浸させた金属塩溶液を使用します。加熱すると、湿式含浸法は、分解をサポートするために主要な破壊的な浸炭条件に触媒支持体を露出させることができます。また、焼結C唯一の支持体上の金属の低い重量％充填量で軽減され、それが濡れ含浸を使用して、サポートされていないTMCのナノ粉末を合成することも可能ではありません。いくつかの新しい方法は、炭素前駆体と金属前駆体とを混合し、従来の非従来型の加熱法を適用すること。11-18過剰の炭素は、焼結を防止するために使用されるが、大規模な表面炭素でこの過剰な炭素の結果は、触媒用途には適していない、これらの材料を製造することを含みます。 これらの合成の課題に、のTMCは、伝統的に白金族金属のための共触媒11として研究されている、触媒は、白金族金属のためのサポート19-22またはアクティブPGM単層のためにサポートされています。23-25 ​​ここで紹介する方法は、非焼結の両方を合成する能力を提供しています金属で終了TMCのNPと同様に調整可能なサイズ、結晶相、および金属組成を有する遷移金属窒化物（TMN）のNP。26この方法はまた、ABを提供しています発表しましたTMCまたはTMNナノ分散を得るか、それによって熱支援劣化を軽減する、室温で高表面積の触媒担体上に、TMCとTMNのNPを堆積するility。この方法は、TMCとTMNのNP、高度なmultimetallic TMCとTMNのNP、または細かく制御された粒子サイズと表面を必要とする他のアプリケーションの開発のスタンドアロン触媒用途に適している。26 ここで紹介する方法は、TMCとTMNのNPを合成するために3段階のプロトコルを使用しています。第1のステップでは、逆マイクロエマルジョン（RME）は、シリカナノ粒子でコート早期遷移金属酸化物（TMO）のNPに使用されます。エマルジョンは、市販の非イオン性界面活性剤を用いて、非極性媒体中に水滴を分散させることにより調製されます。シリカでカプセル化されたTMOのNPは、次いで浸炭またはの窒化の熱処理のいずれかに供されます。反応性ガスは、Tに拡散することを可能にしながら、ここでは、シリカは、高温での粒子の焼結を防止します彼TMOのNPおよびTMCまたはTMNのNPに変換。最後のステップでは、シリカシェルは、カーボンブラックなどの高表面積担体上に分散させることができるTMCまたはTMNナノ分散を得るために、酸またはアルカリ処理のいずれかを使用して除去されます。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>n-heptane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>246654</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polyoxyethylene (4) lauryl ether</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>235989</td>
			<td>Brij&#174; L4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tungsten (VI) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>40247</td>
			<td>W(VI)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tungsten (VI) chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/241911?lang=en&amp;region=US">241911</a></td>
			<td>To prepare W(VI)IPO, homemade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tungsten (IV) chloride</td>
			<td>Strem Chemicals</td>
			<td>74-2348</td>
			<td>To prepare W(IV)IPO, homemade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tantalum (V) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td><a href="http://www.alfa.com/en/catalog/40038">40038</a></td>
			<td>Ta(V)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>niobium (V) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td><a href="http://www.alfa.com/en/catalog/36572">36572</a></td>
			<td>Nb(V)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nickel (II) methoxyethoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>42377</td>
			<td>Ni(II)MEO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>titanium (IV) isopropoxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/87560?lang=en&amp;region=US">87560</a></td>
			<td>Ti(IV)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>molybdenum (V) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td><a href="http://www.alfa.com/en/catalog/39159">39159</a></td>
			<td>Mo(V)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>molybdenum (V) chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/208353?lang=en&amp;region=US">208353</a></td>
			<td>To prepare Mo(V)IPO, homemade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tetraethyl orthosilicate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>333859</td>
			<td>TEOS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ammonium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320145</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>34860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anhydrous isopropanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en&amp;region=US">278475</a></td>
			<td>To prepare homemade alkoxides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ammonium bifluoride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>224820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>carbon black</td>
			<td>Cabot Corp.</td>
			<td>Vulcan&#174; XC72R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methane</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>ME R300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>HY UHP300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonia</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>AM AH80N705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Tube Furnace</td>
			<td>MTI Corp.</td>
			<td>OTF-1200X-S-UL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reverse microemulsion-mediated synthesis of monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles

逆マイクロエマルションは、微孔性シリカシェルで、モノまたはバイメタル早期遷移金属酸化物ナノ粒子をカプセル化するために使用されます。シリカでカプセル化された金属酸化物ナノ粒子をシリカでカプセル化された前周期遷移金属の炭化物ナノ粒子を形成するために、800℃を超える温度では、メタン/水素雰囲気中で浸炭されます。また、過剰な表面炭素の堆積を防止しつつ、浸炭処理中に、シリカシェルは隣接炭化物ナノ粒子の焼結を防止します。代替的に、シリカでカプセル化された金属酸化物ナノ粒子は、シリカでカプセル化された初期の遷移金属窒化物ナノ粒子を形成するために、800℃以上の温度でアンモニア雰囲気中で窒化させることができます。逆マイクロエマルジョンパラメータ、シリカ殻の厚さ、及び浸炭/窒化条件を調整することにより、遷移金属の炭化物または窒化物のナノ粒子は、様々な大きさに調整することができ、組成物は、AND結晶相。浸炭又は窒化した後、シリカシェルを、次いで室温水性重フッ化アンモニウム溶液または40-60℃で0.1〜0.5 M NaOH溶液のいずれかを使用して除去されます。シリカシェルが溶解しているが、高表面積支持体は、カーボンブラックなど、サポートされている初期の遷移金属の炭化物または窒化物のナノ粒子を得るために、これらの溶液に添加することができます。いかなる高表面積担体を添加しない場合には、ナノ粒子は、ナノ分散として格納またはナノ粉末を得るために遠心分離することができます。

プロトコルの最初のステップでは、目標は、微孔性シリカ球の中のモノまたはバイメタルの遷移金属酸化物（TMO）のNPをカプセル化することである。1前およびメタノールで沈殿させた後の代表的な合成の撮影した画像を示す図 。二つの再現可能な形態学的結果は、合成に使用される金属に依存するように思われる。この工程の間に観察された：TMO NPは単独、シリカ?...

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Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

モノとバイメタル早期遷移金属炭化物と窒化物ナノ粒子の逆マイクロエマルジョン媒介合成

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

reverse-microemulsion-mediated-synthesis-monometallic-bimetallic

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.7K ビュー.  Massachusetts Institute of Technology. A “removable ceramic coating method” is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

ビデオ: Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

Anticancer Metal Complexes: Synthesis and Cytotoxicity Evaluation by the MTT Assay

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; therefore their preparation should be conducted under an inert atmosphere. Evaluation of the anticancer activity of these complexes can be achieved by the MTT assay.
The MTT assay is a colorimetric viability assay based on enzymatic reduction of the MTT molecule to formazan when it is exposed to viable cells. The outcome of the reduction is a color change of the MTT molecule. Absorbance measurements relative to a control determine the percentage of remaining viable cancer cells following their treatment with varying concentrations of a tested compound, which is translated to the compound anticancer activity and its IC50 values. The MTT assay is widely common in cytotoxicity studies due to its accuracy, rapidity, and relative simplicity.
Herein we present a detailed protocol for the synthesis of air sensitive metal based drugs and cell viability measurements, including preparation of the cell plates, incubation of the compounds with the cells, viability measurements using the MTT assay, and determination of IC50 values.

A method for synthesis of air-sensitive titanium and vanadium anticancer agents is described, along with the evaluation of their cytotoxic activity towards human cancer cell line by the MTT Assay.

MTTアッセイにより合成と細胞毒性の評価：抗がん金属錯体

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; ...

化学

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

官能化有機金属構造体の合成とキャラクタリゼーション

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Metal-free Synthesis of Ynones from Acyl Chlorides and Potassium Alkynyltrifluoroborate Salts

Ynones are a valuable functional group and building block in organic synthesis. Ynones serve as a precursor to many important organic functional groups and scaffolds. Traditional methods for the preparation of ynones are associated with drawbacks including harsh conditions, multiple purification steps, and the presence of unwanted byproducts. An alternative method for the straightforward preparation of ynones from acyl chlorides and potassium alkynyltrifluoroborate salts is described herein. The adoption of organotrifluoroborate salts as an alternative to organometallic reagents for the formation of new carbon-carbon bonds has a number of advantages. Potassium organotrifluoroborate salts are shelf stable, have good functional group tolerance, low toxicity, and a wide variety are straightforward to prepare. The title reaction proceeds rapidly at ambient temperature in the presence of a Lewis acid without the exclusion of air and moisture. Fair to excellent yields may be obtained via reaction of various aryl and alkyl acid chlorides with alkynyltrifluoroborate salts in the presence of boron trichloride.

The goal of this manuscript is to demonstrate a straightforward method for the preparation of ynones from acyl chloride and potassium alkynyltrifluoroborate salt starting materials. The one-pot reaction proceeds rapidly in the presence of boron trichloride without exclusion of air and moisture.

アシル塩化物およびカリウムAlkynyltrifluoroborate塩からYnonesの金属を含まない合成

Ynones are a valuable functional group and building block in organic synthesis. Ynones serve as a precursor to many important organic functional groups ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity in aqueous CO2 reduction. Different from traditional metal nanocrystals, the synthesis of metal single atoms involves a matrix material that can confine those single atoms and prevent them from aggregation. We report an electrospinning and thermal annealing method to prepare Ni single atoms dispersed and coordinated in a graphene shell, as active centers for CO2 reduction to CO. During the synthesis, N dopants play a critical role in generating graphene vacancies to trap Ni atoms. Aberration-corrected scanning transmission electron microscopy and three-dimensional atom probe tomography were employed to identify the single Ni atomic sites in graphene vacancies. Detailed setup of electrochemical CO2 reduction apparatus coupled with an on-line gas chromatography is also demonstrated. Compared to metallic Ni, Ni single atom catalyst exhibit dramatically improved CO2 reduction and suppressed H2 evolution side reaction.

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Here, we present a protocol for the synthesis and electrochemical testing of transition metal single atoms coordinated in graphene vacancies as active centers for selective carbon dioxide reduction to carbon monoxide in aqueous solutions.

合成と電気化学的 CO2削減のため単一原子の遷移金属触媒の性能評価

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution of capping ligands during the synthesis reaction, their role in regulating the nucleation and growth rates of colloidal nanoparticles is not well understood. In this work, we demonstrate a mechanistic investigation of the role of trioctylphosphine (TOP) in Pd nanoparticles in different solvents (toluene and pyridine) using in situ SAXS and ligand-based kinetic modeling. Our results under different synthetic conditions reveal the overlap of nucleation and growth of Pd nanoparticles during the reaction, which contradicts the LaMer-type nucleation and growth model. The model accounts for the kinetics of Pd-TOP binding for both, the precursor and the particle surface, which is essential to capture the size evolution as well as the concentration of particles in situ. In addition, we illustrate the predictive power of our ligand-based model through designing the synthetic conditions to obtain nanoparticles with desired sizes. The proposed methodology can be applied to other synthesis systems and therefore serves as an effective strategy for predictive synthesis of colloidal nanoparticles.

The main goal of this work is to elucidate the role of capping agents in regulating the size of palladium nanoparticles by combining in situ small angle x-ray scattering (SAXS) and ligand-based kinetic modeling.

リガンドを介した核生成とパラジウムの金属ナノ粒子の成長

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...

Synthesis of Bimetallic Pt/Sn-based Nanoparticles in Ionic Liquids

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular physico-chemical properties of ionic liquids (ILs) are exploited to control both nucleation and growth processes. The nanoparticles form colloidal sols of very high colloidal stability in the IL, which is particularly interesting in view of their use as quasi-homogeneous catalysts. Procedures for both nanoparticle extraction in conventional solvents and for nanoparticle precipitation are presented. The size, structure and composition of the synthesized nanocrystals are confirmed using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), X-ray diffraction analysis (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). By this, we show that the nanocrystals are random-type alloy and of small (2-3 nm) size. The catalytic activity and selectivity in the hydrogenation of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes is tested in a semi-continuous batch-type reactor. In this context, the bimetallic Pt/Sn-based nanoparticles reveal a high selectivity towards the unsaturated alcohol.

A protocol for the synthesis of bimetallic nanoparticles in ionic liquids and the procedure of their catalytic testing in the selective hydrogenation of unsaturated aldehydes are described.

イオン液体のバイメタルの Pt/Sn ベースのナノ粒子の合成

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

複合金属酸化物ナノ粒子の溶融塩合成

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of their interactions with cell membranes, lipid bilayers, and viruses. The hydrophilic ligands make these particles colloidally stable in aqueous solutions and the combination with hydrophobic ligands creates an amphiphilic particle that can be loaded with hydrophobic drugs, fuse with the lipid membranes, and resist nonspecific protein adsorption. Many of these properties depend on nanoparticle size and the composition of the ligand shell. It is, therefore, crucial to have a reproducible synthetic method and reliable characterization techniques that allow the determination of nanoparticle properties and the ligand shell composition. Here, a one-phase chemical reduction, followed by a thorough purification to synthesize these nanoparticles with diameters below 5 nm, is presented. The ratio between the two ligands on the surface of the nanoparticle can be tuned through their stoichiometric ratio used during synthesis. We demonstrate how various routine techniques, such as transmission electron microscopy (TEM), nuclear magnetic resonance (NMR), thermogravimetric analysis (TGA), and ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrometry, are combined to comprehensively characterize the physicochemical parameters of the nanoparticles.

Amphiphilic gold nanoparticles can be used in many biological applications. A protocol to synthesize gold nanoparticles coated by a binary mixture of ligands and a detailed characterization of these particles is presented.

親和性金ナノ粒子の合成と特性化

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

A Microwave-Assisted Direct Heteroarylation of Ketones Using Transition Metal Catalysis

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal catalysis, the literature on direct heteroarylation is scarce. The presence of heteroatoms such as nitrogen, sulfur and oxygen often make heteroarylation a challenging research field due to catalyst poisoning, product decomposition and the rest. This protocol details a highly efficient direct &#945;-C(sp3) heteroarylation of ketones under microwave irradiation. Key factors for successful heteroarylation include the use of XPhos Palladacycle Gen. 4 Catalyst, excess base to suppress side reactions and the high temperature and pressure achieved in a sealed reaction vial under microwave irradiation. The heteroarylation compounds prepared by this method were fully characterized by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR), carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C NMR) and high-resolution mass spectrometry (HRMS). This methodology has several advantages over literature precedents including broad substrate scope, rapid reaction time, greener procedure and operational simplicity by eliminating the preparation of intermediates such as silyl enol ether. Possible applications for this protocol include, but are not limited to, diversity-oriented synthesis for the discovery of biologically active small molecules, domino synthesis for the preparation of natural products and ligand development for new transition metal catalytic systems.

Heteroaryl compounds are important molecules utilized in organic synthesis, medicinal and biological chemistry. A microwave-assisted heteroarylation using palladium catalysis provides a rapid and efficient method to attach heteroaryl moieties directly to ketone substrates.

遷移金属触媒を用いたケトンのマイクロ波アシスト直接ヘテロリル化

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal ...